专利名称:用靶准直传感器对微小柱腔靶的位姿检测方法
技术领域：
本发明涉及一种微小靶位姿检测方法。特别是涉及一种用靶准直传感器对微小柱腔靶的位姿检测方法。
技术背景
随着能源危机的进一步加剧，人们一直致力于寻找新型可再生能源。惯性约束核聚变(ICF)是一种可以彻底解决人类能源问题的技术，是近年来各发达国家争相研究的热门技术。在惯性约束核聚变实验中，需要通过靶准直传感器检测装填聚变燃料的毫米级微小靶的位置和姿态，再由定位机构将其精确定位于直径为数米的真空靶室中心，系统整体精度要求在微米级，这对视觉传感器的检测精度提出了很高的要求。
目前ICF实验靶的检测主要有人眼通过光学放大系统直接观测判断和通过CXD图像传感器检测两种方式。人眼观测的精度相对较低且无法实现自动控制。通过单个或两个 CCD对靶面成像，并用计算机对换靶前后的两幅图像进行相关处理的检测方法可获取较高的定位精度。但随着靶室直径的增大和打靶激光束的增多，对靶定 位的精度和稳定性以及束靶耦合要求随之提高。打靶时，由于激光束要分别聚焦于靶的上下表面中心，总体来说， 上述两种检测方式对靶位置的检测精度较低，尤其是对靶姿态的检测比较粗糙，都无法满足实现多光束的快速并行引导于靶点的要求。
发明内容
本发明的目的在于，针对已有技术存在的缺陷，提供一种用靶准直传感器对微小柱腔靶位姿的检测方法，具有操作方便，检测分辨率高，稳定性好，速度快等优点。
为了达到上述目的，本发明的构思是在利用CXD图像检测的基础上，采用三个正交布置的CCD图像传感器所构成的一个靶准直传感器，检测时，以三个CCD图像传感器的光轴交点作为靶放置的基准点，靶准直传感器从不同的视角采集微小靶的图像。该检测方法较传统检测方法增加了靶面图像的采集视角，综合三个CCD提取出的靶图像的特征值，由特征值计算靶的空间坐标和方位旋转矩阵，从而确定其在空间的六维位姿。
根据上述的构思，本发明采用以下技术方案来实现
一种用靶准直传感器对微小柱腔靶的位姿检测方法，其特征在于检测步骤如下
(1)物距调整
采用三个正交布置的CXD图像传感器A、B、C所构成的一个靶准直传感器，以三个CXD 图像传感器A、B、C的光轴交点作为靶准直传感器检测的基准点，检测时，将微小柱腔靶安置于靶准直传感器检测的基准点，分别调整三个CXD图像传感器A、B、C的物距，直至微小柱腔靶上、下端面和侧面上、下边缘成像清晰；
(2)特征点提取
CCD图像传感器A采集微小柱腔靶的上端面图像，对上端面图像进行边缘提取，并进行二值化处理，该图像边缘呈圆形或略呈椭圆形；利用最小二乘椭圆拟合求解圆形或椭圆形边缘中心坐标值0 ;(XD图像传感器B采集微小柱腔靶下端面图像，作相同处理，提取下表面圆或椭圆中心点的坐标值％ ;CCD图像传感器C采集微小柱腔靶的侧面图像，作竖直方向边缘提取，进行二值化及细化处理，分别获取微小柱腔靶上、下边缘中点坐标值Ou和Od ；
(3)微小柱腔靶位置的空间坐标值计算
综合三个视角的图像，由图像坐标系和空间坐标系的映射关系，将ニ维坐标值へ、 込、^和^转换到空间，计算得出微小柱腔靶上、下两个端面的圆心空间位置坐标(xo1,yo1,zo1 )和( xo2,yo2,zo2 )；
(4)微小柱腔靶姿态计算
建立微小柱腔靶的空间旋转矩阵，根据已知的上、下两个端面的圆心空间位置坐标值 (xo1,yo1,zo1 )和( xo2,yo2,zo2 )，计算出微小柱腔靶的中轴线0込与各坐标轴夹角的
方向余弦
权利要求
1.一种用靶准直传感器对微小柱腔靶的位姿检测方法，其特征在于检测步骤如下(1)物距调整采用三个正交布置的CXD图像传感器A、B、C所构成的一个靶准直传感器，以三个CXD 图像传感器A、B、C的光轴交点作为靶准直传感器检测的基准点，检测时，将微小柱腔靶安置于靶准直传感器检测的基准点，分别调整三个CXD图像传感器A、B、C的物距，直至微小柱腔靶上、下端面和侧面上、下边缘成像清晰；(2)特征点提取CCD图像传感器A采集微小柱腔靶的上端面图像，对上端面图像进行边缘提取，并进行二值化处理，该图像边缘呈圆形或略呈椭圆形；利用最小二乘椭圆拟合求解圆形或椭圆形边缘中心坐标值0 ;(XD图像传感器B采集微小柱腔靶下端面图像，作相同处理，提取下表面圆或椭圆中心点的坐标值％ ;CCD图像传感器C采集微小柱腔靶的侧面图像，作竖直方向边缘提取，进行二值化及细化处理，分别获取微小柱腔靶上、下边缘中点坐标值Ou和Od ；(3)微小柱腔靶位置的空间坐标值计算综合三个视角的图像，由图像坐标系和空间坐标系的映射关系，将二维坐标值0、02、0U和A转换到空间，计算得出微小柱腔靶上、下两个端面的圆心空间位置坐标(7iOi，y0l，、)和，)% ,zO, )-,(4)微小柱腔靶姿态计算建立微小柱腔靶的空间旋转矩阵，根据已知的上、下两个端面的圆心空间位置坐标值 ( ，，/)和(％，，2 )，计算出微小柱腔靶的中轴线与各坐标轴夹角的方向余弦
专利摘要
本发明涉及一种对用靶准直传感器对微小柱腔靶的位姿检测方法。本方法检测时，采用三个正交布置的CCD图像传感器所构成的一个靶准直传感器，以三个CCD图像传感器的光轴交点作为靶放置的基准点，靶准直器从不同的视角采集微小柱腔靶的图像。综合三个CCD提取出的微小柱腔靶图像的特征值，由特征值计算微小柱腔靶的空间坐标和方位旋转矩阵，从而确定其在空间的六维位姿。本发明提供了一种新的对微小柱腔靶的位置和姿态的检测方法，提高了对微小柱腔靶位置检测的重复性精度，尤其降低了对微小柱腔靶姿态检测的误差，操作方便，稳定性好，检测速度快。
文档编号G21B1/25GKCN102607410SQ201210051182
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月1日
发明者宋薇, 沈林勇, 章亚男, 陈旭 申请人:上海大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan